中學(xué)物理三維課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

　　培養(yǎng)和提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中學(xué)物理課程價(jià)值取向的重新界定。與之相對(duì)應(yīng)，課程標(biāo)準(zhǔn)又規(guī)定了課程目標(biāo)的三維結(jié)構(gòu)體系，即“知識(shí)與技能”、“過(guò)程與方法”、“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”。三維課程目標(biāo)結(jié)構(gòu)正是科學(xué)素養(yǎng)的全面解析和具體化，如何落實(shí)三維課程目標(biāo)成為擺在教學(xué)實(shí)踐中的緊迫任務(wù)。
　　
　　一、三維課程目標(biāo)的關(guān)系及實(shí)施的困難
　　
　　在解讀物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的課程目標(biāo)部分時(shí)，我們認(rèn)為，“知識(shí)與技能”、“過(guò)程與方法”、“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”是從不同側(cè)面對(duì)課程總目標(biāo)的解析，是一個(gè)統(tǒng)一的整體，不能夠截然分開(kāi)。它們之間既不是相互獨(dú)立的，更不是相互對(duì)立的，而是層層遞進(jìn)的關(guān)系。具體而古，“知識(shí)與技能”是基礎(chǔ)，“過(guò)程與方法”是重點(diǎn)，“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”是目的。只有掌握“基礎(chǔ)”，把握“重點(diǎn)”，才能最終達(dá)到“目的”。
　　在教學(xué)實(shí)施的過(guò)程中，這三個(gè)維度中的任何一個(gè)都不能完全獨(dú)立于其他維度而單獨(dú)成立，它們應(yīng)該是以一個(gè)有機(jī)整體的形式滲透到每一個(gè)具體的教學(xué)環(huán)節(jié)中。這向傳統(tǒng)的物理教學(xué)實(shí)踐提出了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的物理課堂教學(xué)大多是以實(shí)現(xiàn)“知識(shí)與技能”的教學(xué)為主要目的，其他兩個(gè)維度則處于次要地位。因此，如何在課堂教學(xué)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)三者的有機(jī)融合，成為當(dāng)前需要解決的主要矛盾。
　　我們認(rèn)為這個(gè)矛盾主要來(lái)自三個(gè)方面。其一，“過(guò)程體驗(yàn)”的“現(xiàn)場(chǎng)性”和有限教學(xué)條件之間的矛盾；其二，“過(guò)程體驗(yàn)”的時(shí)間要求和有限課時(shí)之間的矛盾；其三，內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中，“知識(shí)與技能”要求的具體性和明確性與“過(guò)程與方法”、“情感，態(tài)度與價(jià)值觀”的模糊性之間的矛盾。對(duì)于第三個(gè)矛盾，有必要再做進(jìn)一步說(shuō)明。在新課程的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中，“知識(shí)與技能”的要求是很具體，很明確的，但是對(duì)于“過(guò)程與方法”，“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”的要求則比較模糊，只給出了宏觀要求，沒(méi)有將其具體化，也就是說(shuō)沒(méi)有明確給出究竟讓學(xué)生體驗(yàn)?zāi)男┻^(guò)程，掌握哪些方法，培養(yǎng)哪些情感，樹(shù)立什么價(jià)值觀。這給一線教師的教學(xué)帶來(lái)了一定的困難，也提供了可發(fā)揮的空間。我們認(rèn)為，解決上述矛盾已經(jīng)成為物理新課程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素之一。
　　
　　二、實(shí)現(xiàn)三維課程目標(biāo)的教學(xué)案例設(shè)計(jì)及分析
　　
　　案例一：《認(rèn)識(shí)機(jī)械波》(高中)
　　1．創(chuàng)設(shè)情境，引入新課
　　播放四段視頻，分別展示水波、隨風(fēng)舒展的旗幟、電磁波和繩波等四個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生通過(guò)觀察，形成對(duì)波的初步印象。提出兩個(gè)問(wèn)題引入新課：
　　(1)波是如何形成的?
　　(2)波在傳播過(guò)程中有哪些規(guī)律和特點(diǎn)?
　　
　　2．演示實(shí)驗(yàn)，探究研究方法
　　請(qǐng)兩位同學(xué)各拿繩子的一端，—臂，產(chǎn)生繩波。在觀察繩波的過(guò)程中幾個(gè)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考，得出答案究中重要的理想化方法——模型法。人上下振動(dòng)手依次提出如下引出物理學(xué)研
　　(1)由于手臂振動(dòng)的不規(guī)律，導(dǎo)致產(chǎn)生的繩波也不規(guī)律，就此提出一個(gè)問(wèn)題：如何產(chǎn)生規(guī)律的繩波?
　　設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從如何保持繩子的振幅和頻率兩個(gè)角度回答這個(gè)問(wèn)題。大致的答案是讓手臂振動(dòng)的幅度和頻率保持不變。
　　(2)怎樣研究繩子這個(gè)不“規(guī)則”物體產(chǎn)生的波動(dòng)?
　　設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生把振動(dòng)的手中握著的那一段繩子作為研究對(duì)象展開(kāi)討論。握著的那一段繩子的運(yùn)動(dòng)情形和乎的振動(dòng)是一致的，由此可以認(rèn)為繩子是由許多“繩子段”組成的，再把“繩子段”“切割”，無(wú)限小，引入“質(zhì)點(diǎn)”的概念．這樣，繩子這個(gè)不“規(guī)則”的物體就抽象成由無(wú)數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)用細(xì)線串起來(lái)的“質(zhì)點(diǎn)串”。繩子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和“質(zhì)點(diǎn)串”的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相似，因此，可以通過(guò)研究“質(zhì)點(diǎn)串”的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，近似得到繩子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這就是模型法。
　　
　　(3)如何控制繩波以便于觀察?
　　設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從計(jì)算機(jī)模擬繩子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的角度思考，向?qū)W生展示已經(jīng)制作好的演示軟件。
　　
　　3．大屏幕演示模擬軟件(圖1)
　　
　　通過(guò)大屏幕向?qū)W生演示模擬的繩波，啟發(fā)學(xué)生理解“波動(dòng)問(wèn)題本質(zhì)上是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)問(wèn)題”的含義。在觀察模擬繩波運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中(根據(jù)需要，可以通過(guò)“暫?！?、“繼續(xù)”、“快放”、“慢放”等功能控制模擬繩波的運(yùn)動(dòng)以便于觀察。為觀察仔細(xì)，可以反復(fù)播放)，依次提出如下問(wèn)題：
　　(1)各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是否相同?
　　(2)各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)在時(shí)間上有何規(guī)律?
　　(3)每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)剛開(kāi)始振動(dòng)的方向是否相同?振幅是否相同?
　　(4)波源完成一次全振動(dòng)，波傳播的距離在波形上如何體現(xiàn)?
　　設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)以上問(wèn)題引出波長(zhǎng)的概念。
　　(5)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與繩波傳播方向有何關(guān)系?
　　設(shè)計(jì)意圖：繩波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波傳播方向是垂直的關(guān)系。這個(gè)問(wèn)題為以后橫波和縱波的判斷依據(jù)打基礎(chǔ)。
　　(6)在波傳播過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)是否“隨波逐流”?
　　設(shè)計(jì)意圖：質(zhì)點(diǎn)只是在各自的平衡位置附近振動(dòng)。
　　(7)在波動(dòng)過(guò)程中，往外傳播的是什么?
　　設(shè)計(jì)意圖：波傳播的是一種運(yùn)動(dòng)方式而不是質(zhì)點(diǎn)本身，傳播出去的是能量。讓學(xué)生理解波能傳遞能量，為后續(xù)電磁波的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。
　　從第5個(gè)問(wèn)題出發(fā)，引出橫波和縱波的概念，繼而演示縱波的模擬運(yùn)動(dòng)，將其與橫波相比較，觀察質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波傳播方向的關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)觀察橫波的波峰和波谷、縱波的疏部和密部。
　　
　　4．鞏固和練習(xí)
　　學(xué)生閱讀教材中“機(jī)械波”部分，復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)知識(shí)。請(qǐng)部分學(xué)生談?wù)勥€學(xué)過(guò)哪些物理學(xué)研究中的理想化方法。為了引導(dǎo)學(xué)生思考，可先提示，比如質(zhì)點(diǎn)概念的提山等等。
　　
　　案例分析
　　用多媒體演示軟件輔助觀察，提高物理現(xiàn)象的可控性和直觀性，最終促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的意義建構(gòu)，這是信息技術(shù)應(yīng)用于物理教學(xué)的常用方法之一。本案例的亮點(diǎn)在于，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)際演示的繩子波動(dòng)到模擬演示的“質(zhì)點(diǎn)串”波動(dòng)的“平穩(wěn)過(guò)渡”，教師適時(shí)地引入了模型法的教學(xué)，使得模擬軟件的出現(xiàn)不僅不突兀，而且還親切自然，也使得在一堂課中“過(guò)程與方法”和“知識(shí)與技能”的有效結(jié)合成為現(xiàn)實(shí)。顯然，這種結(jié)合離不開(kāi)信息技術(shù)的支持。
　　
　　案例二：《電阻串并聯(lián)規(guī)律》(初中)
　　把學(xué)生分成2～3人的小組，每個(gè)小組至少有一臺(tái)可以運(yùn)行《仿真物理實(shí)驗(yàn)室》的多媒體計(jì)算機(jī)。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，由教師先明確本次實(shí)驗(yàn)的目的：通過(guò)在《仿真物理實(shí)驗(yàn)室》中的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法得到電阻串、并聯(lián)的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)前，向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)條件和大致實(shí)驗(yàn)過(guò)程。探究活動(dòng)可以參照下面提供的電路田和數(shù)據(jù)處理表格進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，教師隨時(shí)給學(xué)生提供指導(dǎo)。
　　
　　1．串聯(lián)電阻規(guī)律探究實(shí)驗(yàn)
　　
　　(1)在《仿真物理實(shí)驗(yàn)室》軟件中，創(chuàng)建兩個(gè)電阻串聯(lián)的實(shí)驗(yàn)電路圖(圖2)。其中，左邊的電阻為R右邊的電阻為R，歐姆表中的讀數(shù)為R，
　　(2)分別改變R和R的值，臺(tái)上開(kāi)關(guān)得到R，填寫(xiě)表1。反復(fù)幾次，將表格內(nèi)容填寫(xiě)完整。
　　表1兩個(gè)電阻串聯(lián)實(shí)驗(yàn)
　　
　　(3)根據(jù)表1所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，猜想R與RR的關(guān)系，并分別進(jìn)行驗(yàn)證，得到兩個(gè)電阻串聯(lián)的規(guī)律。
　　(4)根據(jù)兩個(gè)電阻申聯(lián)的規(guī)律，猜想三個(gè)電阻串聯(lián)的規(guī)律，并進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證猜想的實(shí)驗(yàn)電路圖略。
　　
　　分別改變RR、R的值，先根據(jù)猜想得到的公式計(jì)算出R(猜想)，合上開(kāi)關(guān)，讀出R(實(shí)驗(yàn))。反復(fù)幾次，把表2填寫(xiě)完整。對(duì)比各組R(猜想)和R(實(shí)驗(yàn))的值，看看是否相等以驗(yàn)證猜想。
　　由于電阻串聯(lián)的規(guī)律比較簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)之間的關(guān)系也明顯是相加關(guān)系，因此串聯(lián)電阻關(guān)系的探究活動(dòng)所用時(shí)間一般不會(huì)太長(zhǎng)(12分鐘左右)，學(xué)生可以馬上得出電阻串聯(lián)的一般規(guī)律。
　　
　　2．并聯(lián)電阻規(guī)律探究實(shí)驗(yàn)
　　(1)在《仿真物理實(shí)驗(yàn)室》軟件中，創(chuàng)建兩個(gè)電阻并聯(lián)的實(shí)驗(yàn)電路圖(圖3)。其中，上面的電阻為R，下面的電阻為R，歐姆表中的讀數(shù)為R。
　　
　　(2)分別改變R和R的值，合上開(kāi)關(guān)得到R填寫(xiě)表3。反復(fù)幾次，將表格內(nèi)容填寫(xiě)完整。
　　
　　(3)根據(jù)表3所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，猜想R與R、R的關(guān)系，并分別加以驗(yàn)證，得到兩個(gè)電阻并聯(lián)的規(guī)律，把該規(guī)律轉(zhuǎn)換成如同串聯(lián)規(guī)律相加的形式。
　　(4)根據(jù)兩個(gè)電阻并聯(lián)的規(guī)律，猜想三個(gè)電阻并聯(lián)的規(guī)律，井進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證猜想的實(shí)驗(yàn)電路圖略。
　　
　　分別改變R、R、R的值，先根據(jù)猜想得到的公式計(jì)算出R(猜想)，然后合上開(kāi)關(guān)，讀出R(實(shí)驗(yàn))，反復(fù)幾次，把表4填寫(xiě)完整。對(duì)比各組R(猜想)和R(實(shí)驗(yàn))的值，看看是否相等以驗(yàn)證猜想。
　　
　　案例分析
　　用實(shí)驗(yàn)探究的方法進(jìn)行電阻中，開(kāi)聯(lián)規(guī)律的教學(xué)，在一般的實(shí)驗(yàn)條件下，往往不被采用。原因有二：一是需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，拆解電路、精確確定電阻值都會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間；二是由于各種偶然因素和誤差的存在使得數(shù)據(jù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系不明顯，影響規(guī)律的直接得出。本案例仍然采用了實(shí)驗(yàn)探究的方法，但把實(shí)驗(yàn)“搬到”了《仿真物理實(shí)驗(yàn)室》中進(jìn)行，也就是把實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了理想化，有效地解決了上述兩個(gè)困難。電路連接后不用拆解，只要根據(jù)需要重新設(shè)定電阻值，就可以進(jìn)行下一輪實(shí)驗(yàn)；由于電阻值是設(shè)定的，歐姆表又可以直接給出結(jié)果，因此，偶然因素和誤差都被有效地避免了。
　　在《仿真物理實(shí)驗(yàn)室》進(jìn)行探究活動(dòng)，雖然犧牲了真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件下的偶然因素和誤差存在的體驗(yàn)，但仍然具有探究實(shí)驗(yàn)的“現(xiàn)場(chǎng)性”和真實(shí)感——哪怕這些都是模擬出來(lái)的。因此，這種探究活動(dòng)仍然是有效的和必要的，它在解決真實(shí)探究活動(dòng)困難的同時(shí)，使得原本不適合課堂進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，能夠在一堂課中完成，并且把“過(guò)程與方法”和“知識(shí)與技能”，的學(xué)習(xí)相結(jié)合，也適合當(dāng)前課程改革的需要。模擬仿真技術(shù)的重要性在本案例中也是不言而喻的。
　　
　　案例三：《小專題研究》
　　1．專題研究說(shuō)明
　　把學(xué)生分成3～4人的研究小組，每個(gè)小組從下面的選題中選擇一個(gè)展開(kāi)研究，允許兩三個(gè)小組同時(shí)選一個(gè)專題。選擇專題后，可根據(jù)需要再具體確定要研究的內(nèi)容，研究成果要以科技小論文的形式出現(xiàn)，并制作成電子幻燈片，兩個(gè)星期后向全班同學(xué)匯報(bào)。
　　(1)X射線的發(fā)現(xiàn)。
　　(2)海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)。
　　(3)“日心說(shuō)”的內(nèi)容及其提出
　　(4)“鐳”的發(fā)現(xiàn)。
　　(5)牛頓和萬(wàn)有引力。
　　
　　2．專題研究過(guò)程建議
　　(1)先期討論選定專題，制定研究任務(wù)，并進(jìn)行初步分工。
　　(2)通過(guò)圖書(shū)館，互聯(lián)網(wǎng)查找或向教師和家長(zhǎng)咨詢等形式收集與專題相關(guān)的材料，并進(jìn)行分析整理。
　　(3)在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上繼續(xù)討論本專題，確定具體研究?jī)?nèi)容，根據(jù)需要進(jìn)行分工調(diào)整，繼續(xù)查找資料進(jìn)行下一步的研究。
　　(4)在研究過(guò)程中，小組成員要充分交流、合作，共同完成研究任務(wù)。遇到困難可向教師、家長(zhǎng)請(qǐng)教或者在互聯(lián)網(wǎng)上尋求幫助。
　　(5)在小組成員的共同努力下，完成一篇小論文，并制作電子幻燈片，準(zhǔn)備向全班同學(xué)匯報(bào)。
　　
　　案例分析
　　本案例的亮點(diǎn)體現(xiàn)在幾個(gè)小專題的設(shè)置上。就這幾個(gè)專題而言，無(wú)論是X射線的發(fā)現(xiàn)，“鐳”的發(fā)現(xiàn)，海土星和冥王星的發(fā)現(xiàn)，還是“日心說(shuō)”的提出，相關(guān)的主要科學(xué)家都經(jīng)歷了艱苦卓絕的科學(xué)研究歷程。倫琴的細(xì)心和鍥而不舍的探究精神幫助其發(fā)現(xiàn)了X射線；居里夫婦在最艱苦的條件下用了4年才從8噸礦渣中提煉出0．1克純氯化鐳；哥白尼為了避免教皇的迫害，發(fā)表“改頭換面”后的《天體運(yùn)行論》，提出“日心說(shuō)”；布魯諾堅(jiān)持真理，公開(kāi)宣傳“日心說(shuō)”，最后付出了生命的代價(jià)……所有這些物理學(xué)史實(shí)都生動(dòng)而鮮明地層現(xiàn)了科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度和精神。學(xué)生在收集材料、整理加工，匯報(bào)交流的過(guò)程中，能夠潛移默化地受到教育。
　　互聯(lián)網(wǎng)提供的資源和交互環(huán)境是本案例得以順利實(shí)施的基本保障。雖然從案例的要求和說(shuō)明中看不出這一點(diǎn)，但是在專題研究的過(guò)程中，資料收集的第一選擇應(yīng)該是互聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)的資源豐富而全面，不僅有圖像和文字資料，也可以有相關(guān)的視音頻材料，而且使用起來(lái)方便高效?；ヂ?lián)網(wǎng)還提供了多種交流的方式可供小組成員使用，如聊天室、E—mail、QQ等等。有必要的話，小組成員還可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與相關(guān)專家取得聯(lián)系，進(jìn)行問(wèn)題咨詢。
　　
　　三、啟示
　　
　　上述三個(gè)案例在信息技術(shù)支持下解決了前文提到的三對(duì)矛盾，實(shí)現(xiàn)了三維課程目標(biāo)在教學(xué)過(guò)程中的有機(jī)融合。我們町以從中得到幾個(gè)方面的啟示。
　　1．信息技術(shù)對(duì)于中學(xué)物理三維課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，至少可以提供三個(gè)方面的支持。其一，多媒體模擬可以再現(xiàn)一般教學(xué)條件下難以觀察的物理現(xiàn)象，比如《機(jī)械波》案例中的繩波、原子核結(jié)構(gòu)等等，幫助學(xué)生觀察這些物理現(xiàn)象進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)。其二，模擬仿真可以提供理想化的物理探究場(chǎng)所和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能夠部分解決體驗(yàn)物理過(guò)程要求的“現(xiàn)場(chǎng)性”和“時(shí)間性”所帶來(lái)的矛盾。其三，互聯(lián)網(wǎng)提供了豐富的資源支持和實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)的交互環(huán)境支持。
　　2．進(jìn)行物理科學(xué)方法教育，應(yīng)當(dāng)充分挖掘知識(shí)內(nèi)容中的“方法”因素，把方法的教學(xué)和知識(shí)技能的教學(xué)相結(jié)合。在《機(jī)械波》中，新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)械波的要求是這樣的：“通過(guò)觀察，認(rèn)識(shí)波是振動(dòng)傳播的形式和能量傳播的形式。能區(qū)別橫波和縱波。能用圖像描述橫波。理解波速，波長(zhǎng)和頻率(周期)的關(guān)系。”這其中并沒(méi)有對(duì)模型法教學(xué)的要求，但是教學(xué)過(guò)程中，從繩波到模擬軟件中的“質(zhì)點(diǎn)串”，則是進(jìn)行物理抽象并理想化的結(jié)果，這種理想化的方法正是模型法。因此，這個(gè)時(shí)候進(jìn)行模型法的教學(xué)是非常合適的。
　　科學(xué)方法教育不能試圖一蹴而就，應(yīng)當(dāng)一絲一縷地逐步滲透，最終讓學(xué)生達(dá)到掌握的目的。比如，物理學(xué)中的理想化方法，它是非常經(jīng)典的研究方法，許多知識(shí)點(diǎn)都涉及到這個(gè)方法。質(zhì)點(diǎn)、剛體、光滑平面、點(diǎn)電荷，點(diǎn)光源、理想氣體等知識(shí)點(diǎn)都是進(jìn)行理想化方法教育的良好載體。本文中的模型法也是理想化方法教學(xué)的一部分。
　　3．物理學(xué)史記載了大量科學(xué)探索、科學(xué)研究的精彩事例，這些生動(dòng)鮮活的、能夠表現(xiàn)著名科學(xué)家所具有的科學(xué)態(tài)度和精神的故事，是進(jìn)行“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”教育的良好素材。這些素材可采用多種形式應(yīng)用于教學(xué)中，比如本文提到的小專題研究、課外閱讀材料、課上舉例